高频超声灰阶血流成像系统的研究与实现

发布时间：2017-07-14 03:17

  本文关键词：高频超声灰阶血流成像系统的研究与实现

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【摘要】：在临床医学诊断中,超声血流成像技术以其无创、安全、实时成像的特点应用广泛,目前常用的有多普勒血流成像技术和灰阶血流成像技术,但是在高频条件下,多普勒技术和编码激励技术都受到限制,所以本论文提出了一种新的血流成像技术,高频超声灰阶血流成像技术。本文的主要工作是在高频条件下血液对超声的背向散射回波的研究基础上,进行血流成像系统的研究与实现。不用编码激励和检测多普勒频移,而是通过在一条扫描线发射多次单脉冲,通过脉冲回波相减法来提取血流信息,将其与结构信息叠加并同时显示。论文首先研究了红细胞的超声散射模型,其散射声场符合瑞利散射,进而研究了在皮肤浅表部位,红细胞对高频超声的散射回波特点和高频超声在组织传播中的衰减特点,探讨血液散射回波直接进行成像的方法。随后介绍了本论文设计的高频超声会接血流成像系统的总体设计方案和脉冲回波相减法提取血流的算法、硬件电路实现。接下来使用20MHz的机械、线性扫描探头对模拟血管和人手背部静脉进行成像,本系统对模拟血管的分辨力达到0.3mm。在FPGA中提出了增加权重的方法,能有效抑制固定组织噪声。在上位机图像处理过程提出了基于腐蚀膨胀的方法和基于灰度阂值的方法进行滤波,并对其成像效果在matlab平台上进行仿真,然后对血流图像进行伪彩色编码,将得到的彩色血流图像和原结构图像叠加显示,使得能够在显示组织二维结构的同时实时显示血流状态。在上位机成像系统的C++编程过程中为了兼顾血流图像的帧频和滤波算法的计算时间,采用基于灰度阈值的方法来提取血流图像,滤除固定组织噪声有较好的效果。本论文设计的血流成像系统在高频条件下通过单脉冲扫描即可获得丰富的血流信息,且血流图像具有同频率结构图像的高分辨力,为临床浅表部位血流疾病的诊断提供了重要依据。
【关键词】：高频超声 血流成像 灰阶 图像处理
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R445.1;TP391.41
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 超声血流检测的背景和意义9
• 1.2 超声血流成像技术的研究状况9-16
• 1.2.1 超声多普勒血流成像10-14
• 1.2.1.1 频谱多普勒血流成像11-13
• 1.2.1.2 彩色多普勒血流成像13
• 1.2.1.3 能量多普勒血流成像13-14
• 1.2.2 灰阶血流成像14-15
• 1.2.3 管超声造影成像技术15-16
• 1.3 高频超声灰阶血流成像的研究目的和意义16-17
• 1.4 本文主要工作及内容安排17-18
• 第二章 高频超声的血液回声特点探索18-28
• 2.1 超声学基础18-22
• 2.1.1 超声波的产生18
• 2.1.2 超声波传播特性18-21
• 2.1.2.1 超声在组织中的传播速度18-19
• 2.1.2.2 生物组织的声特性阻抗19-20
• 2.1.2.3 超声波的反射、折射、衍射、干涉20-21
• 2.1.3 超声波在组织中的衰减和吸收21-22
• 2.2 血液的超声散射特点22-23
• 2.2.1 红细胞的特点22
• 2.2.2 红细胞对超声波的散射模型22-23
• 2.3 高频超声的血液回声特点23-26
• 2.3.1 高频超声的适用范围24
• 2.3.2 高频超声在组织中的衰减24-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第三章 高频超声灰阶血流成像设计方案28-39
• 3.1 引言28
• 3.2 系统总体设计28-29
• 3.3 脉冲回波相减法提取血流信息29-31
• 3.3.1 算法研究29-30
• 3.3.2 FPGA中血流提取过程30-31
• 3.4 实际成像效果31-38
• 3.4.1 模拟血流成像31-35
• 3.4.1.1 实验平台31-32
• 3.4.1.2 成像效果32-34
• 3.4.1.3 速度和血流图像亮度的关系34-35
• 3.4.2 皮肤浅表血流成像35-37
• 3.4.3 增加权重37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 实验设计和结果分析39-54
• 4.1 引言39
• 4.2 滤除固定组组噪声39-46
• 4.2.1 基于腐蚀膨胀的方法39-42
• 4.2.1.1 腐蚀、膨胀算法分析39-40
• 4.2.1.2 仿真结果40-42
• 4.2.2 基于灰度阈值的方法42-46
• 4.2.2.1 算法分析43-44
• 4.2.2.2 仿真结果44-46
• 4.3 伪彩色编码血流46-49
• 4.3.1 编码方式46-48
• 4.3.2 仿真结果48-49
• 4.4 叠加显示49-50
• 4.5 上位机系统的实现50-53
• 4.5.1 上位机系统功能50
• 4.5.2 实现过程50-53
• 4.5.2.1 USB数据解析51-52
• 4.5.2.2 图像二维重建和处理52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第五章 总结和展望54-56
• 5.1 总结54-55
• 5.2 展望55-56
• 参考文献56-59
• 硕士期间发表的文章59-60
• 致谢60

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本文编号：539457